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17钢筋焊接与机械连接

Ⅰ钢筋焊接

由于种种原因，钢筋焊接接头的形成条件往往偏离正常状态，致使钢筋焊口或近缝区产生缺陷，

影响接头阶性能。

现就钢筋焊接与机械连接施工质量通病及其防治措施分述如后。

17．1钢筋闪光对焊

17．1．1未焊透

1．现象

焊口局部区域未能相互结晶，焊合不良，按头镦粗变形量很小，挤出的金属毛刺极不均匀，

多集中了上口，并产生严重的胀开现象（图17-1）；从断口上可看到如同有氧化膜的粘合面存在（图17-2）。

2．原因分析

（1）

（1）焊接工艺方法应用不当。

比如，对断面较大的钢筋理应采取预热闪光焊工艺施焊，但却采用了

连续闪光焊工艺。

（2）

（2）焊接参数选择不合适：

特别是烧化留量太小，变压器级数过高以及烧化速度太快等，造成焊件

端面加热不足，也不均匀，未能形成比较均匀的熔化金属层，致使顶锻过程生硬，焊合面不完整。

3．防治措施

（1）适当限制连续闪光焊工艺的使用范围。

钢筋对焊焊接工艺方法宜按下列规定选择：

1）当钢筋直径≤25mm，钢筋级别不大于Ⅲ级，采用连续闪光焊；

2）当钢筋直径＞25mm，级别大于Ⅲ级，且钢筋端面较平整，宜采用预热闪光焊，须热温度约

1450℃左右，预热频率宜用2—4次/s；

3）当钢筋端面不平整，应采用“闪光—预热—闪光焊”。

连续闪光焊所能焊接的钢筋范围，应根据焊机容量、钢筋级别等具体情况而定，并应符合表17-1规定。

连续闪光焊焊接钢筋的范围表17-1

焊机容量（kVA）

钢筋直径（mm）

钢筋级别

焊机容量（kVA）

钢筋直径（mm）

钢筋级别

焊机容量（kVA）

钢筋直径（mm）

钢筋级别

160

≤25

≤22

≤20

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

100

≤20

≤18

≤16

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

≤16

≤14

≤12

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

（2）重视预热作用，掌握预热要领，力求扩大沿焊件纵向的加热区域，减小温度梯度。

需要预热时，

宜采用电阻预热法，其操作要领如下：

第一，根据钢筋级别采取相应的预热方式。

其工艺过程图

解见图17-3，随着钢筋级别的提高，预热频率应逐渐降低。

预热次数应为1～4次，每次预热时间

应1．5～2s，间歇时间应为3～4s。

第二，预热压紧力应不小于3MPa。

当具有足够的压紧力时，

焊件端面上的凸出处会逐渐被压平，更多的部位则发生接触，于是，沿焊件截面上的电流分布就

比较均匀，使加热比较均匀。

（3）（3）采取正常的烧化过程，使焊件获得符合要求的温度分布，尽可能平整的端面，以及比较均匀的熔

化金属层，为提高接头质量创造良好的条件。

具体作法是：

第一，根据焊接工艺选择烧化留量：

连续闪光时，烧化过程应较长，烧化留量应等于两根钢筋在断料时切断机刀口严重压伤区段（包

括端面的不平整度），再加8mm。

闪光—预热—闪光焊时，应分一次烧化留量和二次烧化留量，

一次烧化留量等于两根钢筋在断料时切断机刀口严重压伤区段，二次烧化留量不应小于10mm，

预热闪光焊时的烧化留量不应小于10mm。

第二，

采取变化的烧化速度，保证烧化过程具有“慢一快一更快”的非线性加速度方式。

平均烧化速度一般

可取2mm/s。

当钢筋直径大于25mm时，因沿焊件截面加热的均衡性减慢，烧化速度应略微降低。

（4）避免采用过高的变压器级数施焊，以提高加热效果。

17．1．2氧化

1．现象

一种情况是焊口局部区域为氧化膜所覆盖，呈光滑面状态（图17-4）；另一种情况是焊口四周或大

片区域遭受强烈氧化，失去金属光泽，呈发黑状态（图17-5）。

2．原因分析

（1）

（1）烧化过程太弱或不稳定，使液体金属过梁的爆破频率降低，产生的金属蒸气较少，

从数量上和压力上都不足以保护焊缝金属免受氧化。

（2）从烧化过程结束到顶锻开始之间的过渡不够急速，或有停顿，空气侵入焊口。

（3）顶锻速度太慢或带电顶锻不足，焊口中熔化金属冷却，致使挤破和去除氧化膜发生困难。

（4）焊口遭受强烈氧化的原因，是由于顶锻留量过大，顶锻压力不足，致使焊口封闭太慢或

根本未能真正密合之故。

3．防治措施

（1）

（1）确保烧化过程的连续性，并具有必要的强烈程度。

作法是：

第一，选择合适的变压器级数，

使之有足够的焊接电流，以利液体金属过梁的爆破；第二，焊件瞬时的接近速度应相当于触点

—过梁爆破所造成的焊件实际缩短的速度，即瞬时的烧化速度。

烧化过程初期，因焊件处于

冷的状态，触点—过梁存在的时间较长，故烧化速度应慢一些。

否则，同时存在的触点数量增加，

触点将因电流密度降低而难以爆破，导致焊接电路的短路，发生不稳定的烧化过程。

随着加热的

进行，烧化速度需逐渐加快，特别是紧接顶锻前的烧化阶段，则应采取尽可能快的烧化速度，

以便产生足够的金属蒸气，提高防止氧化的效果。

（2）

（2）顶锻留量应为4～10mm，使其既能保证接头处获得不小于钢筋截面的结合面积，又能有效地

排除焊口中的氧化物，纯洁焊缝金属。

随着钢筋直径的增大和级别的提高，顶锻留量需相应增加，

其中带电顶锻留量应等于或略大于三分之一，焊接Ⅳ级钢筋时，顶锻留量宜增大30％，以利焊口的

良好封闭（参见表17-2、表17-3）。

连续闪光焊参数表17-2

钢筋级别

钢筋直径（mm）

带电顶锻留量（mm）

无电顶锻团员（mm）

总顶锻留量（mm）

Ⅰ～Ⅲ级

10～12

1.5

2.0

3.0

4.5

5.0

闪光-预热-闪光焊顶锻留量表17-3

钢筋级别

钢筋直径（mm）

带电顶锻留量（mm）

无电顶锻团员（mm）

总顶锻留量（mm）

Ⅰ～Ⅲ级

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

6.0

6.5

7.0

8.0

（3）（3）采取在用力的情况下尽可能快的顶锻速度。

因为烧化过程一旦结束，防止氧化的白保护

作用随即消失，空气将立即侵入焊口。

如果顶锻速度很快，焊口闭合延续时间很短，

就能够免遭氧化；同时，顶锻速度加快之后，也利于趁热挤破和排除焊门中的氧化物。

因此，

顶锻速度越快越好。

一般低碳钢对焊时不得小于20～30mm/s。

随着钢筋级别的提高，顶锻速

度需相应增大。

（4）保证接头处具有适当的塑性变

形。

因为接头处的塑性变形特征对于破

坏和去除氧化膜的效果起着巨大的影响，

当焊件加热，温度分布比较适当，顶锻

过程的塑性变形多集中于接头区时（图

17-6a），有利于去除氧化物。

反之，如

果加热区过宽，变形量被分配到更

宽的区域时（图17-6b），接头处的塑性变

形就会减小到不足以彻底去除氧化物的

程度。

17．1．3过热

1．现象

从焊缝或近缝区断口上可看到粗晶状态（图17-7）。

2．原因分析

（1）预热过分，焊口及其近缝区金属强烈受热。

（2）预热时接触太轻，间歇时间太短，热量过分集中于焊口。

（3）沿焊件纵向的加热区域过宽，顶锻留量偏小，顶锻过程不足以使近缝区产生适当的塑性变形，

未能将过热金属排除于焊口之外。

（4）为了顶锻省力，带电顶锻延续较长，或顶锻不得法，

致使金属过热。

3．防治措施

（1）根据钢筋级别、品种及规格等情况确定其预热程度，

并在生产中严加控制。

为了便于掌握，宜采取预热留量与预

热次数相结合的办法。

预热留量应为1～2mm，预热次数为

1～4次，通过预热留量，借助焊机上的标尺指针，准确控制

预热起始时间；通过记数，可适时控制预热的停止时间。

（2）采取低频预热方式，适当控制预热的接触时间、间

歇时间以及压紧力，使接头处既能获得较宽的低温加热区，

改善接头时性能，又不致产生大的过热区。

（3）严格控制顶锻时的温度及留量。

当预热温度偏高时，

可加快整个烧化过程的速度，必要时可重新夹持钢筋再次进行快速的烧化过程，同时需确保其

顶锻留量，以便顶锻过程能够在有力的情况下完成。

从而有效地排除掉过热金属。

（4）严格控制带电顶锻过程。

在焊接断面较大的钢筋时，如因操作者体力不足，可增加助手协同

顶锻，切忌采用延长带电顶锻过程的有害做法。

17．1．4脆断

1．现象

在低应力状态下，接头处发生无预兆的突然断裂。

脆断可分为淬硬脆断、过热脆断和烧伤脆

断几种情况。

这里着重阐述对接头强度和塑性都有明显影响的淬硬脆断问题。

其断口以齐平、

晶粒很细为特征（图17-8）。

2．原因分析

（1）焊接工艺方法不当，或焊接规范太强，致使温度

梯度陡降，冷却速度加快，因而产生淬硬缺陷。

（2）对于某些焊接性能较差的钢筋，焊后虽然采取了

热处理措施，但因温度过低，未能取得应有的效果。

3．防治措施

（1）针对钢筋的焊接性，采取相应的焊接工艺。

通常

以碳当量（Ceq）来估价钢材的焊接性。

碳当量与焊接性

的关系，因焊接方法而不同。

就钢筋闪光对焊来说，

大致是：

Ceq≤0．55％焊接性“好”

0．55％＜Ceq≤0．65％焊接性“有限制”

Ceq＞0．65％焊接性“差”

鉴于我国的钢筋状况是，H级及以上都是低合金钢筋，而且有的碳含量已达到中碳范围，因此，

应根据碳当量数值采取相应的焊接工艺。

对于焊接性“有限制”的钢筋，不论其直径大小，

均宜采取闪光—预热—闪光焊；对于焊接性“差”的钢筋，更要考虑预热方式。

一般说来，

预热频率尽量低些为好，同时焊接规范应该弱一些，以利减缓焊接时的加热速度和随后的冷

却速度，从而避免淬硬缺陷的发生。

（2）正确控制热处理程度。

对于难焊的EF级钢筋，焊后进行热处理时：

第一，待接头冷却至正常温度，将电极钳口调至最大间距，重新夹紧；

第二，应采用最低的变压器参数，进行脉冲式通热加热，每次脉冲循环，应包括通电时

间和间歇时间，并宜为3s；

第三，焊后热处理温度在750～850℃选择，随后在环境温度下自然冷却。

17．1．5烧伤

1．现象

烧伤系指钢筋与电极接触处在焊接时产生的熔化状态。

对于淬硬倾向较敏感的钢筋来说，这是一种不可忽视的危险

缺陷。

因为它会引起局部区域的强烈淬硬，导致同一截面上

的硬度很不均匀。

这种接头抗拉时，应力集中现象特别突出

，因而接头的承载能力明显降低，并发生脆性断裂。

其断口

齐平，呈放射性条纹状态（图17-9）。

2．原因分析

（1）钢筋与电极接触处洁净程度不一致，夹紧力不足，局

部区域电阻很大，因而产生了不允许的电阻热。

（2）电极外形不当或严重变形，导电面积不足，致使局部区域电流密度过大。

（3）热处理时电极表面太脏，变压器级数过高。

3．防治措施

（1）

（1）钢筋端部约130mm的长度范围内，焊前应仔细清除锈斑、污物，电极表面应经常

保持下净，确保导电良好。

（2）

（2）电极宜作成带三角形槽口的外形，长度应不小于55mm，使用期间应经常修整，

保证与钢筋有足够的接触面积。

（3）在焊接或热处理时，应夹紧钢筋。

（4）热处理时，变压器级数宜采用Ⅰ、Ⅱ级，并且电极表面应经常保持良好状态。

17．1．6塑性不良

1．现象

接头冷弯试验时，于受拉区（即外侧）横肋根部产生大于0．15mm的裂纹。

2，原因分析

（1）由于调伸长度过小，焊接时向电极散热加剧（图

17-10）；或变压器级数过高，烧化过程过分强烈，温度

沿焊件纵向扩散的距离减小，形成陡降的温度梯度，

冷却速度加快，致使接头处产生硬化倾向，引起塑性降

低。

（2）烧化留量过小，接头处可能残存钢筋断料时刀口

压伤痕迹，产生了一些不良后果。

因为刀口压伤部位相

当于进行了冷加工，在焊接热量的影响下，会发生以下

情况：

其一，在超过再结晶温度（500℃左右）的区段产生

晶粒长大现象；其二，在达到时效温度（300℃左右）的区

段产生时效现象。

这都影响着接头的性能，特别是后者，

会使塑性降低。

（3）顶锻留量过大，致使顶锻过分，引起接头区

金属纤维弯曲，对接头塑性产生了不

利影响。

3．防治措施

（1）

（1）在不致发生旁弯的前提下，尽可能加大调伸长度（表17-4），以消除钢筋断料时产生的刀口压

伤和不平整的问题，为实现均匀加热，改善接头性能创造必要的条件。

如果受焊机钳口间距所限，不能达到表17=4所推荐的数值时，应采取焊机所能调整的最大调伸

长度进行焊接。

若在同一台班内需焊接几个级别或几种相近规格的钢筋时，可按焊接性能差

的钢筋选择调伸长度，以减少调整工作量；不同级别、不同直径的钢筋对焊时，应将电阻较大一

端的调伸长度调大一些（表17-4第4、5项），以便在烧化过程中所引起的较多缩短，能够得到相

应的补偿。

（2）根据钢筋端部的具体情况，采取相应的烧化留量，力求将刀口压伤区段在烧化过程中予以彻底排除。

钢筋对焊时推荐的调伸长度表17-4

项次

钢筋级别或不同组合

调伸长度（d）

左夹具（固定）

右夹具（活动）

左夹具

右夹具

Ⅰ

ⅡⅢ

Ⅳ

级别低

螺丝端杆

Ⅰ

ⅡⅢ

Ⅳ

级别高

Ⅲ～Ⅳ

1.0

1.5

2.0

1.0

1.5

2.0

1.3～1.5

1.5～2.0

注：

d为钢筋直径。

（3）对于H级中限成分以上的钢筋，需采取弱一些的焊接规范和低频预热方式施焊，以利接合

处获得较理想的温度分布。

（4）在采取适当的顶锻留量的前提下，快速有力地完成顶锻过程，保证接头具有匀称、美观的外形。

17．1．7接头弯折或偏心

1．现象

接头处产生弯折，折角超过规定（图17-11a），或接头处偏心，轴线偏移大于0．1d或2mm（图17-11b）。

2．原因分析

（1）钢筋端头歪斜。

（2）电极变形太大或安装

不准确。

（3）焊机夹具晃动太大。

（4）操作不注意。

3．防治措施

（1）钢筋端头弯曲时，焊前应予以矫直或切除。

（2）经常保持电极的正常外形，变形较大时应及时修理或更新，安装时应力求位置准确。

（3）夹具如因磨损晃动较大，应及时维修。

（4）接头焊毕，稍冷却后再小心地移动钢筋。

17．1．8大直径钢筋焊接缺陷

1．现象

接头抗拉强度不够或产生脆断。

2．原因分析

（1）焊机选择不当。

（2）焊接工艺及参数选择不合理。

（3）钢筋端部弯折或端面不平。

3．防治措施

1．宜采用UN2-150型对焊机（电动机凸轮传动）或UN17-150-1型对焊（气—液压传动）。

（2）钢筋端头弯折应调直，钢筋下料宜采取锯割或气割方式对钢筋端面进行平整处理。

（3）宜选用预热闪光焊工艺。

（4）变压器级数应较高，并选择较快的凸轮转速，确保闪光过程有足够的强烈程度和稳定性。

（5）采取垫高顶锻凸块等措施，确保接头处获得足够的镦粗变形。

（6）准确调整并严格控制各过程的起止点，保证夹具的释放和顶锻机构复位及时工作。

17．1．9Ⅳ级钢筋焊接缺陷

1．现象

接头发生脆性断裂或弯曲试验不合格。

2．原因分析

（1）焊接工艺选择不当。

（2）变压器级数选择不当。

（3）未进行焊后热处理。

3．防治措施

（1）IV级钢筋焊接时，无论直径大小，均应采取预热闪光焊或闪光。

预热—闪光焊工艺。

（2）参见17．1．4“脆断”的防治措施

（2）。

17．1．10亲热处理皿级钢筋焊接缺陷

1．现象

焊接接头抗拉强度不足或发生脆断。

2．原因分析

（1）变压器级数选择不当。

（2）调伸长度不合要求。

3．防治措施

（1）

（1）余热处理Ⅲ级钢筋闪光对焊时，与热轧钢筋比较，应适当减小调伸长度，适当提高焊接变压器

级数，缩短加热时间，快速顶锻，形成快热快冷条件，使热影响区长度控制在0．6倍钢筋直径

范围之内。

（2）余热处理Ⅲ级钢筋在焊接过

程中，当温度在700～900℃范围时，

强度损失量大，使软化区的出现，对

接头强度带来不利影响。

在采用合理

工艺参数条件下，软化区不但变窄，

同时也处在接头截面加强区（加大区

之内）以及微淬火硬化和错位密度增

高的部位，这样，可以获得良好焊接

质量，见图17-12。

17．1．11螺丝端杆焊接缺陷

1．现象

焊接接头强度不够。

2，原因分析

（1）预热方法不对。

（2）钢筋与螺丝端杆轴线不一致。

3．防治措施

（1）

（1）由于螺丝端杆直径比钢筋粗，需要热量多，故应对螺丝端杆先进行预热，使两者同时达到

闪光所需要的温度，并减小调伸长度。

（2）钢筋一侧的电极适当垫高，确保两者轴线一致。

附录钢筋闪光对焊接头质量标准及检验方法

附表17-1

项次

项目

质量要求

检查方法

外观检查

（1）接头处应密闭完好，并有适当而均匀的镦粗变形和金属毛刺；

（2）接头处钢筋表面应没有横向裂纹；

（3）与电极接触处的钢筋表面，对于I一皿级钢筋应无明显烧伤，对于Ⅳ级钢筋应没有烧伤；负温闪光对焊时，对于Ⅱ～Ⅳ级钢筋，均不得有烧伤；

（4）接头处如发生弯折，其角度不得大于4o；

（5）接头处如发生偏心，其轴线偏移不得大于0．1d（d为钢筋直径），并不得大于2mm

检验人员从焊工自检认为合格的成品中分批抽查10％的接头，且不得少于10个；

当外观检查发现有1个接头不符合要求时，应逐个检查，剔除不合格品，切除热影响区后重焊

抗拉试验

（1）3个试件的抗拉强度均不得低于该钢筋级别的规定数值，余热处理Ⅲ级钢筋接头试件的抗拉强度不得小于热轧Ⅲ级钢筋抗拉强度570MPa；

（2）至少有两个试件应断于焊缝以外，并呈延性断裂特征；

当检验结果有1个试件的抗拉强度低于规定指标，或有两个试件在焊缝或热影响区发生脆性断裂时，应取双倍数量的试件进行复验。

复验结果若仍有1个试件的抗拉强度低于规定指标，或有3个试件断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂，则该批接头即为不合格品

试件应从成品中切取（当焊接定长钢筋时，可按生产条件制作模拟试件）；

当试验结果不能满足规定要求时，该批接头则应切除重焊；

试件的切取方法与数量与抗拉试验时相同

冷弯试验

（1）在弯心直径为2倍（Ⅰ级钢）、4倍（Ⅱ级钢）、5倍（Ⅲ级钢）及7倍（Ⅳ级钢）钢筋直径的情况下，冷弯至90o时，接头处或热影响区外侧个得出现大于0．15mm的横向裂纹（直径大于25mm的钢筋对焊接头，弯曲试验时弯心直径增加一倍钢筋直径）；

（2）弯曲试验结果如有两个试件未达到上述要求，应取双倍数量的试件进行复验，复验结果当仍有3个不符合要求，该批接头即为不合格品

冷弯试件的内侧（即受压面）应将金属毛刺和镦粗部分去除．外侧保持原状；

冷弯试验在万能试验机上进行；若因条件所限，并在检验人员的参与下，也可在成型机上进行；

若不合格，该批接头密切除重焊

17．2钢筋电阻点焊

17．2．1焊点脱落

1．现象

钢筋点焊制品焊点周界熔化铁浆挤压不饱满，如用钢筋轻微撬订，或将钢筋点焊制品举至

离地面1m高，使其自然落地，即可产生焊点分离现象。

2．原因分析

（1）焊接电流过小，通电时间太短，焊点强度较低。

（2）电极挤压力不够。

（3）压入深度不够。

3．防治措施

（1）

（1）正确优选焊接参数。

焊工应严格遵守班前试验制度，优选合适焊接参数，试验合格后方

可正式投入生产。

点焊热轧钢筋时，除钢筋直径较大，焊机功率不足而采用电流强度较小

（80～160A/mm2），通电时间较长（0．1～0．5s以上）的规范外，一般应采用电流强度较大

（120～360A/mm2），通电时间很短（0．1～0．5s）的规范。

点焊冷处理钢筋时，必须电流强度较大，

通电时间很短。

同时应注意钢筋点焊制品的钢筋焊接间距，是否会产生电流分流现象。

电流的分流，

将使焊接强度降低。

为了消除电流分流对钢筋点焊强度的影响，应适当延长通电时间或增大电流。

（2）清除钢筋表面锈蚀、氧化铁皮和杂物、泥渣等，使钢筋表面接触良好，提高焊接强度。

4．治理方法

对已产生脱点的钢筋点焊制品，应重新调整焊接参数，加大焊接电流（增加变压器级数），延长通电

时间，减小电极行程（加大电极挤压力），进行二次补焊试焊，并应在制品上截取双倍试件，如试验

合格，该批脱点钢筋制品应重新按二次补焊的焊接参数进行补焊。

采用DN3-75型点焊机焊接通电

时间见表17-5。

采用DN3-75型点焊机焊接通电时间（s）表17-5

变压器级数

较小钢筋直径（mm）

0.08

0.05

0.10

0.06

0.12

0.07

0.22

0.20

0.70

0.60

0.50

0.40

1.50

1.25

1.00

0.75

0.50

2.50

2.00

1.50

1.20

4.00

3.50

3.00

2.50

注：

点焊Ⅱ级钢筋或冷轧带肋钢筋时，焊接通电时间延长20％～25％。

17．2．2焊点过烧

1．现象

钢筋焊接区，上下电极与钢筋表面接触处均有烧伤，焊点周界熔化铁浆外溢过大，而且毛刺较多，

外观不美，焊点处钢筋呈现蓝黑色。

2．原因分析

（1）电流过大和通电时间过长。

（2）钢筋表面已锈蚀，局部导电不良，造成多次重焊。

（3）电极表面不平，．上下电极不对中或电极漏水滴在焊接区，造成焊点过烧现象。

（4）焊工操作时精神不集中或操作技术不熟练，造成焊点二次重焊。

（5）继电器接触失灵。

3．防治措施

（1）

（1）除严格执行班前试验，正确优选焊接参数外，还必须进行试焊样品质量自检，目测焊点外

观是否与班前合格试件相同，制品几何尺寸和外形是否符合规范和设计要求，全部合格后方

可成批焊接。

（2）

（2）电压的变化直接影响焊点强度。

在一般情况下，电压降低15％，焊点强度可降低20％；

电压降低20％，焊点强度可降低40％。

因此，要随时注意电压的变化，电

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